生態(tài)位視角下城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)

濮海建，韓寶睿，朱震軍

（南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

0 引言

近年來，城市軌道交通因快捷準(zhǔn)時(shí)、運(yùn)輸效率高等優(yōu)勢在我國得以快速發(fā)展。作為大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，城市軌道交通建設(shè)影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，每個(gè)城市的建設(shè)時(shí)機(jī)、發(fā)展條件各不相同。為避免投資浪費(fèi)，幫助相關(guān)部門科學(xué)決策，促使城市軌道交通建設(shè)與城市發(fā)展水平、交通需求相適應(yīng)，在規(guī)劃時(shí)合理評估城市軌道交通建設(shè)適宜度十分必要。

國內(nèi)外學(xué)者已對城市軌道交通建設(shè)適宜度進(jìn)行了一系列研究。國外學(xué)者主要考慮城市軌道交通建設(shè)對城市環(huán)境及城市居民生活的影響，如Thierry 等[1]以巴黎為例分析了城市軌道交通建設(shè)對企業(yè)選址、就業(yè)和人口增長的積極與消極影響；Clifford 等[2]根據(jù)城市軌道交通運(yùn)營需求和成本，評估其對社會福利的貢獻(xiàn)；Eda[3]通過分析地鐵建設(shè)前后的廣泛經(jīng)濟(jì)影響，發(fā)現(xiàn)地鐵建設(shè)會造成空間經(jīng)濟(jì)不平等。國內(nèi)學(xué)者主要關(guān)注軌道交通建設(shè)條件與城市發(fā)展的匹配程度，并從不同側(cè)面構(gòu)建了城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)指標(biāo)體系，如楊永平等[4-5]構(gòu)建了2 種指標(biāo)分析篩選方案：從需求、可能性及建設(shè)能力3 方面選取指標(biāo)進(jìn)行分析或?qū)π枨蠛涂赡苄缘膹?fù)合性指標(biāo)進(jìn)行分析，經(jīng)比選后推薦前一種方案，并在此基礎(chǔ)上將指標(biāo)劃分為發(fā)展條件指標(biāo)和項(xiàng)目建設(shè)條件指標(biāo)2 大類；焦柳丹等[6]從供需角度建立了綜合評價(jià)指標(biāo)體系；柳林等[7]基于可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵構(gòu)建了城市軌道交通發(fā)展評價(jià)體系；沈景炎[8]認(rèn)為城市軌道交通建設(shè)需滿足持久性、可能性和必要性3 個(gè)基本要求。此外，謝曉忠等[9]、張?jiān)频萚10]具體分析了單類指標(biāo)（土地利用、城市經(jīng)濟(jì)水平等）對城市軌道交通建設(shè)的影響；李談[11]、張凱等[12]針對具體的城市建立了指標(biāo)體系并進(jìn)行可行性分析。

盡管國內(nèi)外學(xué)者在城市軌道交通建設(shè)適宜度研究方面取得了一定的成果，但在評價(jià)指標(biāo)選取上多聚焦于建設(shè)條件指標(biāo)，鮮有涉及發(fā)展?jié)摿χ笜?biāo)。此外，大多研究基于系統(tǒng)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論、方法來測度建設(shè)適宜度，在分析城市軌道交通建設(shè)對其建設(shè)環(huán)境變化的適應(yīng)性及兩者關(guān)系時(shí)缺乏解釋性。因此，在評價(jià)指標(biāo)選取、評價(jià)模型等方面尚有待進(jìn)一步完善。近年來，生態(tài)學(xué)理論被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、管理等領(lǐng)域，經(jīng)驗(yàn)證其在分析研究對象的定位、功能及作用時(shí)具有較好的適用性和解釋性[13-15]。如果將城市視為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，城市內(nèi)的每一種交通方式都是一類物種，而作為城市交通系統(tǒng)的后進(jìn)者，城市軌道交通具有類似生態(tài)系統(tǒng)中外來物種的特征與本質(zhì)，其與經(jīng)濟(jì)、社會和自然環(huán)境之間的相互作用可看似一種典型的生態(tài)表象，故生態(tài)學(xué)理論同樣適用于城市軌道交通建設(shè)適宜度分析。

在生態(tài)學(xué)中，生態(tài)位理論主要用于研究物種之間的競爭性、物種對環(huán)境的適應(yīng)性及生態(tài)系統(tǒng)多樣性和穩(wěn)定性等問題，反映物種或生物種群在生態(tài)系統(tǒng)中的地位、功能和作用[16]，它不僅考慮物種的生存需求，還考慮其發(fā)展趨勢或潛力。為此，本文將生態(tài)位理論引入城市軌道交通建設(shè)適宜度研究，基于生態(tài)位態(tài)勢理論構(gòu)建城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)指標(biāo)體系，并根據(jù)生態(tài)位適宜度理論構(gòu)建城市軌道交通適宜度評價(jià)方法，為城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)提供一個(gè)新的視角和理論基礎(chǔ)。

1 適宜度評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 城市軌道交通建設(shè)生態(tài)位

生態(tài)位的概念演變經(jīng)歷了空間生態(tài)位、功能生態(tài)位、多維超體積生態(tài)位3 個(gè)階段，一般是指在特定的生態(tài)系統(tǒng)中，某一物種與環(huán)境及其他物種相互作用過程中所形成的相對地位和作用。生態(tài)位包括“態(tài)”和“勢”兩種屬性：“態(tài)”指物種的狀態(tài)，是過去生長發(fā)育及與環(huán)境相互作用積累的結(jié)果；“勢”指物種對環(huán)境的現(xiàn)實(shí)影響力或支配力，如能量和物質(zhì)變換速率[17]。根據(jù)生態(tài)位概念，可以將城市軌道交通建設(shè)生態(tài)位定義為：在特定區(qū)域的特定發(fā)展階段，城市軌道交通建設(shè)與發(fā)展的綜合條件水平。它反映出城市軌道交通建設(shè)的時(shí)機(jī)和發(fā)展條件，體現(xiàn)城市軌道交通建設(shè)的主動作用及建設(shè)環(huán)境的動態(tài)變化，是城市軌道交通與其建設(shè)環(huán)境互動適應(yīng)后的客觀狀態(tài)。相比于自然界中物種生態(tài)位的形成，城市軌道交通建設(shè)生態(tài)位的形成很大程度上受人類社會主導(dǎo)作用（如城市發(fā)展戰(zhàn)略、軌道交通投資、土地開發(fā)等）的影響。

1.2 適宜度評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

通過對相關(guān)文獻(xiàn)[4-12]梳理發(fā)現(xiàn)，影響城市軌道交通建設(shè)的指標(biāo)雖然多，但具體表現(xiàn)為基礎(chǔ)特征的指標(biāo)并不是很多。通過進(jìn)一步剖析和篩選，本文將城市軌道交通建設(shè)影響因素分為7 類：出行需求、經(jīng)濟(jì)水平、投資水平、土地開發(fā)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、軌道交通自身發(fā)展及環(huán)境質(zhì)量。借鑒已有研究成果[4-12]，基于生態(tài)位態(tài)勢理論，可以從生存維和發(fā)展維2 個(gè)維度構(gòu)建城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)指標(biāo)體系：生存維主要描述城市過去發(fā)展累積到現(xiàn)在的結(jié)果，反映城市軌道交通建設(shè)現(xiàn)狀條件和水平，表現(xiàn)為出行需求、經(jīng)濟(jì)水平、投資水平；發(fā)展維反映軌道交通發(fā)展?jié)摿εc資源配置能力，多由成長性指標(biāo)構(gòu)成，包括土地開發(fā)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、軌道交通自身發(fā)展及環(huán)境質(zhì)量。生存維是發(fā)展維的基礎(chǔ)，發(fā)展維進(jìn)化到一定程度就會轉(zhuǎn)化為生存維，兩種維度相互反饋、相互轉(zhuǎn)化，城市軌道交通的建設(shè)生態(tài)位也隨之改變。綜合考慮指標(biāo)的代表性、可行性及相關(guān)數(shù)據(jù)的可獲取性等，在2 個(gè)維度7 類影響因素下選取18 個(gè)指標(biāo)構(gòu)建城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)指標(biāo)體系

2 城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)方法

2.1 問題描述

在城市軌道交通適宜度評價(jià)問題中，設(shè)城市樣本集S為：

指標(biāo)集C為：

指標(biāo)權(quán)重集W為：

式（1）～式（3）中：si為第i個(gè)城市，i=1,2,3,…,n；n為城市數(shù)量；cj為第j個(gè)指標(biāo)，j=1,2,3,…,m；m為指標(biāo)數(shù)量；wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

指標(biāo)評價(jià)矩陣A可以表示為：

式（4）中：xij為第i個(gè)城市的第j個(gè)指標(biāo)值。

城市si的軌道交通建設(shè)生態(tài)位f(Xi)為：

式（5）中：Xi為城市si的評價(jià)指標(biāo)值集合；其他變量意義同前。

生態(tài)位有理想生態(tài)位和現(xiàn)實(shí)生態(tài)位之分，其中理想生態(tài)位指物種所需求的環(huán)境條件都是最佳的；現(xiàn)實(shí)生態(tài)位指物種能夠從生態(tài)環(huán)境中實(shí)際獲得的資源、條件等?，F(xiàn)實(shí)生態(tài)位與理想生態(tài)位之間的匹配程度可反映生態(tài)環(huán)境對物種的適宜性。因此，城市軌道交通建設(shè)適宜度即為城市軌道交通建設(shè)現(xiàn)實(shí)生態(tài)位各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際值與理想生態(tài)位各項(xiàng)指標(biāo)理想值之間的貼近程度F(si)，其數(shù)學(xué)模型為：

式（6）中：X0為每個(gè)評價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)值集合；Xi為每個(gè)評價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值；其他變量意義同前。

2.2 基于熵權(quán)法的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

為了避免人為主觀因素對評價(jià)結(jié)果的影響，采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重。熵權(quán)法是一種通過計(jì)算各指標(biāo)的信息熵來進(jìn)行賦權(quán)的客觀賦權(quán)方法，指標(biāo)的信息熵越小，其變異程度越大，提供的信息就越多，在評價(jià)中起到的作用就越大，被賦予的權(quán)重越大。

指標(biāo)權(quán)重的具體計(jì)算步驟如下：

（1）歸一化處理

利用最大-最小值標(biāo)準(zhǔn)化法對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣A′：

式（7）中：為xij的歸一化值；其他變量意義同前。

（2）計(jì)算信息熵

指標(biāo)cj的信息熵ej的計(jì)算方法為：

式（8）～式（9）中：p(i,j)為指標(biāo)cj第i個(gè)樣本在該指標(biāo)總樣本中的占比；其他變量意義同前。

（3）確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)信息熵的特性，各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重wj可按下式計(jì)算：

式（10）中：各變量意義同前。

2.3 基于歐式距離法的適宜度計(jì)算

Hutchinson 用數(shù)學(xué)抽象空間來描述生態(tài)位，將生態(tài)位定義為多維空間中的一點(diǎn)，這為現(xiàn)代生態(tài)位理論奠定了基礎(chǔ)[16]。因此，現(xiàn)實(shí)生態(tài)位與理想生態(tài)位的貼近程度可以用多維空間中兩個(gè)點(diǎn)之間的距離表示。歐式距離法是一種常用距離定義方法，用于衡量多維空間中兩點(diǎn)間的絕對距離，其主要缺點(diǎn)是將研究對象不同屬性之間的差別等同看待，而與熵權(quán)法的結(jié)合則可消除這一缺點(diǎn)。因此，本文選用熵權(quán)-歐式距離法計(jì)算適宜度，具體步驟如下。

（1）構(gòu)造加權(quán)評價(jià)矩陣

根據(jù)前文由熵權(quán)法求出的權(quán)重，確定加權(quán)評價(jià)矩陣：

（2）確定現(xiàn)實(shí)生態(tài)位與理想生態(tài)位

現(xiàn)實(shí)生態(tài)位為：

理想生態(tài)位為：

（3）計(jì)算貼近程度

計(jì)算各評價(jià)對象的現(xiàn)實(shí)生態(tài)位與理想生態(tài)位的貼近程度：

式（15）中：F(si)為第i個(gè)城市的現(xiàn)實(shí)生態(tài)位與理想生態(tài)位的貼近程度，F(xiàn)(si)值越小，表明貼近程度越高，說明城市越適宜建設(shè)軌道交通；其他變量意義同前。

3 實(shí)證分析

3.1 研究對象及數(shù)據(jù)來源

截至2019 年底，我國（不含港澳臺）有40個(gè)城市開通軌道交通，其中溫州、濟(jì)南、常州、徐州和呼和浩特5 個(gè)城市屬于2019 年新增軌道交通城市，而佛山、石家莊等8 個(gè)城市部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失或異常，在實(shí)證分析中暫不考慮，最終選取上海、北京、天津、沈陽等27個(gè)城市進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)。指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于《2019 年城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒：2020》[18]以及各城市《2019年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《2020 統(tǒng)計(jì)年鑒》《2019年環(huán)境狀況公報(bào)》。

3.2 適宜度評價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析

根據(jù)選取的27個(gè)城市相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用熵權(quán)法求出18 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，如表2、表3 所示（其中影響因素指標(biāo)后的數(shù)據(jù)為該影響因素的權(quán)重）。

表2 城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)生存維指標(biāo)權(quán)重

表3 城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)發(fā)展維指標(biāo)權(quán)重

從表2、表3中可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)揮主導(dǎo)作用的是出行需求、經(jīng)濟(jì)水平和土地開發(fā)3 類指標(biāo)。權(quán)重最大的指標(biāo)是市區(qū)一般公共財(cái)政預(yù)算收入，其權(quán)重為0.124；權(quán)重最小的指標(biāo)是晝間道路交通噪聲平均等效聲級，其權(quán)重為0.009。生存維所占權(quán)重達(dá)到0.714，這表明在判斷城市軌道交通建設(shè)適宜度時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮建設(shè)條件；發(fā)展維所占權(quán)重僅為0.286，但城市建成區(qū)域的擴(kuò)張（對應(yīng)權(quán)重為0.105）有利于加強(qiáng)城市軌道交通的聚集效應(yīng)，因此這個(gè)指標(biāo)的影響不容忽視。

3.3 軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)分析

采取熵權(quán)-歐式距離法分別計(jì)算各個(gè)城市軌道交通建設(shè)的適宜度，如表4所示。

表4 城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)結(jié)果

表4 （續(xù)）

為更好地區(qū)分各城市軌道交通建設(shè)適宜度水平的差異，分別在生存維、發(fā)展維以及綜合評價(jià)結(jié)果3 個(gè)維度上，采用自然間斷點(diǎn)分級法將27 個(gè)城市分為5類進(jìn)行比較分析。

3.3.1 生存維水平分析

城市軌道交通建設(shè)適宜度生存維水平分類如表5所示。

表5 城市軌道交通建設(shè)適宜度生存維水平分類

由表5 可知，北京在城市軌道交通建設(shè)適宜度生存維水平排名中位居第一，上海、重慶、深圳緊隨其后，這4 個(gè)城市各項(xiàng)指標(biāo)遙遙領(lǐng)先于其他城市，具有明顯的優(yōu)勢；天津、武漢、廣州、杭州、成都位于第2 類，生存維評分在27 個(gè)城市平均值（0.193 8）之下，其建設(shè)條件較為適宜；南京、蘇州、西安位于第3 類，這些城市建設(shè)條件相對適中且均衡；青島、鄭州等5 個(gè)城市位于第4 類，主要原因是城市發(fā)展不平衡，尚存在一定的不足，比如青島的城市軌道交通投資額度在27 個(gè)城市中排名第9，但市區(qū)人口密度較低；昆明、南寧、無錫等10 個(gè)城市位于第5 類，各項(xiàng)指標(biāo)都處于較低水準(zhǔn)，建設(shè)條件相對較差。

3.3.2 發(fā)展維水平分析

城市軌道交通建設(shè)適宜度發(fā)展維水平分類結(jié)果如表6所示。

表6 城市軌道交通建設(shè)適宜度發(fā)展維水平分類

由表6 可知，北京、上海、廣州等城市軌道交通運(yùn)營規(guī)模較大的城市發(fā)展維水平都處于中下游，主要因?yàn)檫@些城市建設(shè)較為完善，城市軌道交通已逐步形成線網(wǎng)規(guī)模，故發(fā)展?jié)摿ο陆?；與之相反的是武漢，其與東莞在2019年大幅度拓寬城市建成區(qū)，增加了對城市軌道交通的需求，進(jìn)而發(fā)展?jié)摿Υ笤觯挥诘? 類；第2 類城市得分小于平均值（0.098 2），具有較適宜的發(fā)展?jié)摿Γ晃靼?、合肥得分也小于平均值，但這2 個(gè)城市軌道交通客運(yùn)強(qiáng)度處于負(fù)增長狀態(tài)，發(fā)展?jié)摿ο陆?，與寧波一樣位于第3 類；剩余的城市得分相對較低，差距不大，主要是因?yàn)檫@些城市絕大多數(shù)指標(biāo)值較低，盡管有一些指標(biāo)值突出，但整體影響不大，發(fā)展?jié)摿^低，比如南寧城市房地產(chǎn)開發(fā)投資增長率排名第一，但其他指標(biāo)水平較低，其中軌道交通客運(yùn)強(qiáng)度和投資甚至處于負(fù)增長狀態(tài)。

3.3.3 適宜度水平綜合分析

結(jié)合以上兩個(gè)維度的分析，得出城市軌道交通建設(shè)適宜度水平分類，如表7所示。

表7 城市軌道交通建設(shè)適宜度水平分類

從表7 可知，北京、上海、武漢等9 個(gè)城市軌道交通建設(shè)條件遠(yuǎn)勝于其他城市，以明顯的優(yōu)勢位于第1 類、第2 類，其中北京、上海城市軌道交通建設(shè)處于相對成熟的階段，發(fā)展?jié)摿^低，未來重心應(yīng)以城市軌道交通系統(tǒng)優(yōu)化為主，而其他城市應(yīng)以擴(kuò)大城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模為主；第3 類城市顯現(xiàn)出維度之間的互饋?zhàn)饔?，比如鄭州的建設(shè)條件偏低但發(fā)展?jié)摿^高，發(fā)展維對生存維產(chǎn)生正反饋?zhàn)饔茫岣吡似浣ㄔO(shè)適宜度，這些城市可以積極籌劃、大力開展城市軌道交通建設(shè)；東莞、寧波等6 個(gè)城市位于第4 類，這些城市建設(shè)條件低于第3 類城市，發(fā)展維正反饋?zhàn)饔糜邢?，因此城市軌道交通建設(shè)適宜度偏低，可以逐步推進(jìn)軌道交通建設(shè)；合肥、沈陽等城市雖然在不同程度上建設(shè)了軌道交通，但與其他城市相比，建設(shè)條件、發(fā)展?jié)摿Χ继幱谙鄬^低的水平，在進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)籌劃時(shí)，需要結(jié)合自身發(fā)展水平，不可盲目追求建設(shè)速度。整體上，27 個(gè)城市的軌道交通建設(shè)適宜度分類與城市軌道交通籌建實(shí)際情況較為吻合，表明本文所建評價(jià)指標(biāo)體系具有一定的合理性和可行性。

4 結(jié)論

本文從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，針對城市軌道交通的生態(tài)學(xué)特征，基于生態(tài)位態(tài)勢理論構(gòu)建了城市軌道交通建設(shè)評價(jià)指標(biāo)體系，并根據(jù)生態(tài)位適宜度理論，基于熵權(quán)-歐式距離法提出了城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)方法，最后以我國27個(gè)城市為例進(jìn)行了實(shí)證分析，并得出如下結(jié)論：

（1）在城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)研究中，發(fā)揮主導(dǎo)作用的是出行需求、經(jīng)濟(jì)水平和土地開發(fā)3 類指標(biāo)；通過對我國27 個(gè)城市的實(shí)證分析，驗(yàn)證了基于生態(tài)位態(tài)勢理論構(gòu)建的評價(jià)指標(biāo)體系的合理性和可行性。

（2）生存維涵蓋了絕大多數(shù)權(quán)重較大的指標(biāo)，這表明在判斷城市軌道交通建設(shè)適宜度時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮建設(shè)條件，但也不能忽視發(fā)展維的作用。當(dāng)生存維評價(jià)得分小于0.198 5時(shí)，可以考慮開工新建或續(xù)建城市軌道交通，發(fā)展維在一定程度上可以視為新建、續(xù)建規(guī)模的參考指標(biāo)；當(dāng)生存維評價(jià)得分大于0.207 6時(shí)，發(fā)展維對城市軌道交通建設(shè)適宜度影響顯著，一些城市甚至上升一個(gè)“級別”，比如烏魯木齊生存維歸屬于第5 類，但發(fā)展維歸屬于第2 類，因此城市軌道交通建設(shè)適宜度歸屬第4類。

本文主要基于可比性、定量化、簡潔化等原則選取客觀評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了一套具有一定普適性的城市軌道交通建設(shè)適宜度評價(jià)體系，以便為相關(guān)部門決策提供參考。不過研究中未考慮社會滿意度、特殊地形、各省市規(guī)劃（比如都市圈）等偏向主觀化、定性化、特殊性因素，而這些內(nèi)容也是影響城市軌道交通建設(shè)適宜度的重要因素，未來有必要展開進(jìn)一步研究。